Zdalne nauczanie z MATLABem – wywiad z dr. inż. Andrzejem Miękiną
dr. inż. Andrzej Miękina w rozmowie z zespołem ONT
Dr inż. Andrzej Miękina
Jest pracownikiem w Instytucie Radioelektroniki i Technik Multimedialnych (Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej), od 1998 roku, w którym uzyskał stopień doktora nauk technicznych, zatrudnionym na stanowisku adiunkta. W latach 1990–2008 uczestniczył we współpracy akademickiej Politechniki Warszawskiej z Université du Québec à Trois-Rivières i firmą Measurement Microsystems w Kanadzie. Jest współautorem ponad 60 artykułów w czasopismach naukowo-technicznych oraz współtwórcą 9 patentów zagranicznych; jest ponadto współautorem dwóch podręczników akademickich wydanych przez Oficynę Wydawniczą Politechniki Warszawskiej: Wstęp do metod numerycznych dla studentów elektroniki i technik informacyjnych (2009) i Solved problems in numerical methods for students of electronics and information technology (2021). Był wielokrotnie nagradzany za osiągnięcia badawcze i dydaktyczne przez Ministra Nauki, Szkolnictwa Wyższego i Techniki (1986) i Rektora Politechniki Warszawskiej (1981, 1986, 2017); w roku 2016 został odznaczony Złotym Medalem za Długoletnią Służbę. Jest członkiem Institute of Electrical and Electronic Engineers; w latach 1998-2016 pełnił funkcję skarbnika polskiej sekcji tej prestiżowej organizacji międzynarodowej.
Z powodu pandemii COVID-19 od marca 2020 r. niemal wszystkie zajęcia dydaktyczne prowadzone są na Politechnice Warszawskiej w trybie zdalnym. Tak jak inni pracownicy tej uczelni dr inż. Andrzej Miękina został zobowiązany do dostosowania swoich zajęć do tego trybu. Dotyczyło to, w szczególności, laboratorium metod numerycznych, w którym wykorzystywane jest środowisko MATLAB.
Oprogramowanie Naukowo – Techniczne: Dzień dobry Panie Doktorze. Wiemy, że od wielu lat zajmuje się Pan kształceniem przyszłych inżynierów w zakresie Metod Numerycznych. Posiada Pan wieloletnie doświadczenie ze środowiskiem MATLAB i Simulink. Rozumiemy, że prowadzenie zajęć bez osobistego kontaktu ze studentami okazało się kłopotliwe. Jak zrodził się pomysł na przygotowanie systemu sprawdzania prac laboratoryjnych w oparciu o narzędzie MATLAB Grader? Czy mógłby Pan powiedzieć w jakim stopniu zmodyfikował Pan formę zajęć dla kursu WNUM – Wstęp do Metod Numerycznych?
Dr inż. Andrzej Miękina: Przede wszystkim muszę powiedzieć, że nauczanie zdalne okazało się zajęciem zdecydowanie bardziej pracochłonnym, a co za tym idzie – czasochłonnym, niż nauczanie w trybie stacjonarnym. Na każdym z nas ciąży bowiem nie tylko ogromna odpowiedzialność za merytoryczne efekty kształcenia, ale i za utrzymanie standardów etycznych dotyczących świadczenia usług dydaktycznych oraz korzystania z tych usług przez studentów. W przypadku laboratorium prowadzonego w MATLABie wymagało to pełnej indywidualizacji zadań, podczas gdy w trybie stacjonarnym były to dwie wersje zadań w grupie laboratoryjnej.
ONT: Jak wyglądało odbieranie wyników prac studentów Politechniki Warszawskiej w trakcie laboratorium zdalnego z Metod numerycznych?
AM: Do odbierania i sprawdzania prac studentów w trakcie zajęć używam narzędzia MATLAB Grader. W ogólnym opisie każdego zadania przekazuję studentom wspólne informacje, takie jak wzory matematyczne, indywidualizacji zadań dokonuję za pomocą mechanizmu korespondencji seryjnej MS Office, a rozsyłam zadania na początku zajęć przy użyciu Mail Merge. Indywidualizacja zadań jest też możliwa, np. na podstawie numeru identyfikacyjnego studenta.
ONT: Czy w Pana ocenie warto poświęcić czas na stworzenie kursu w MATLAB Graderze?
AM: Jak każde nowe środowisko, MATLAB Grader wymaga na wstępie pewnego nakładu pracy, aby potem sprawnie się w nim poruszać; po kilku testach nabiera się jednak wystarczającej biegłości. W dłuższej perspektywie trud się opłaca, chociażby ze względu na możliwość wykorzystania w przyszłości stworzonego wzorca zajęć laboratoryjnych.
ONT: Czy mógłby Pan zaprezentować przykładowe zrzuty ekranu, pochodzące z narzędzia/usługi MATLAB Grader? Jakie są mocne strony tego narzędzia?
AM: Kolejne ekrany ilustrują hierarchiczną konstrukcję mojego wzorca zajęć laboratoryjnych. Na pierwszym z nich widać zestaw sześciu zajęć laboratoryjnych realizowanych w ciągu semestru. Kolejny pokazuje wybrane zajęcia z zestawem zadań, a następny – jedno z zadań. Na kolejnym ekranie widzimy szablon do wpisywania (kopiowania) programu (kodu) przez studentów. Bardzo istotną zaletą Gradera jest dostęp do poszczególnych zajęć laboratoryjnych, ograniczony do terminów ich realizacji. Spotkanie uczestników zajęć (12-13 osób) organizowane było w MS Teams; wyniki swojej pracy w MATLABie studenci wysyłali w Graderze, korzystając ze wspomnianego szablonu. Choć Grader umożliwia także pisanie i uruchamianie programów bezpośrednio w przeglądarce, ja polecałem studentom pracę w zainstalowanej aplikacji MATLABa, gdzie ich przygotowanie i uruchomienie jest szybsze i łatwiejsze. Rozwiązanie każdego zadania student może przesyłać wielokrotnie, może też wysłać fragment zadania z prośbą o wskazanie błędu; każda „przesyłka” jest opatrzona sygnaturą czasu, co pozwala, także po zakończonych zajęciach, na śledzenie postępów w rozwiązywaniu zadań.
Rys.1. Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych
Rys.2. Przykładowe laboratorium z ilustracją przysłanych rozwiązań.
Rys.3. Przykładowe zadanie – realizacja metody Newtona dla układu dwóch równań.
Rys.4. Szablon do wpisywania kodu przez studentów.
Rys.5. Przykładowe rozwiązanie przysłane przez studenta.
ONT: Jak Pana zadaniem poradzili sobie studenci? Jak ocenia Pan dostępne zasoby, które oferuje firma MathWorks?
AM: Statystyki ocen nie różnią się od statystyk uzyskiwanych przez ostatnie lata w kształceniu stacjonarnym. Zasoby, które oferuje firma MathWorks (kursy self-paced typu MATLAB Onramp, MATLAB Examples, dokumentacja, blogi, tutoriale, filmy instruktażowe na kanale YouTube oraz MATLAB&Simulink user community) są na tyle bogate, że studenci mogą bez trudu poznać podstawy pracy z nowym narzędziem i przystąpić do semestralnego kursu. Ja to ogromne źródło wiedzy uzupełniałem własnymi prezentacjami udostępnianymi w serwisie YouTube. Były to zarówno prezentacje przygotowujące studentów do zajęć laboratoryjnych, jak i komentarze post factum przedstawiające prawidłowe rozwiązania i wskazujące na najczęstsze błędy.
ONT: Planuje Pan ponownie wykorzystać zaprojektowany i usprawniony system do oceniania prac laboratoryjnych?
AM: Grader pozwala na automatyczną ocenę przysyłanych prac, ale moim zdaniem jest to możliwe tylko w przypadku najprostszych zadań – testów, które w kilku linijkach sprawdzają znajomość MATLABa. Nasze laboratorium dotyczy bardziej metod numerycznych niż samego MATLABa, a tu rozwiązanie problemu zajmuje zwykle kilkadziesiąt linii skryptu i jest możliwe w wielu wariantach. Automatyczna ocena w takim przypadku nie wydaje mi się możliwa, ale na pewno będę korzystał z Gradera w takiej formie jak dotychczas, wykorzystując już istniejące wzorce zajęć laboratoryjnych. .
Uprzejmie dziękujemy za czas poświęcony na rozmowę z nami, mimo trwającej przerwy międzysemestralnej. Gratulujemy kolejnej publikacji dydaktycznej, podręcznika Solved problems in numerical methods for students of electronics and information technology, który właśnie ukazał się nakładem Oficyny Wydawniczej Politechniki Warszawskiej. Zawiera on bogaty zbiór zadań dotyczących metod numerycznych wraz z rozwiązaniami analitycznymi i rozwiązaniami wspomaganymi MATLABem. Elektroniczna wersja tego podręcznika będzie wkrótce dostępna na stronach internetowych dystrybutorów książek elektronicznych. Zespół ONT życzy kolejnych interesujących projektów oraz inicjatyw w całym 2021 roku.